某高位转换结构抗震计算分析

汪乐 刘卫辉

【摘要】本文介绍了某高位主次梁框支转换结构。从结构整体弹性分析、弹性时程分析、中震验算及推覆分析等方面进行结构抗震计算，计算结果表明该结构整体计算指标满足规范要求。能够达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的性能目标。

【关键词】抗震分析；高位转换；推覆分析

1.工程概况

本项目位于西安市，整体建筑物地上部分由32层办公楼、28层公寓楼、30层的1#及2#住宅楼、33层的3#及4#住宅楼、4层地铁上覆商业、4层中央商业区组成，地下室共四层，地下四层和地下三层为小车库及部分设备用房，兼六级人防地下室。总建筑面积约32.6万平方米。本文介绍的2#楼为地上四层转换的框支剪力墙结构。

2#楼地上三十层（不包括电梯机房层），建筑面积26225.82m2，室外设计标高至主体屋面高度99.700m。本工程抗震设防烈度8度，基本风压W0=0.35kN/m2，抗震设防类别为丙类，底部加强区剪力墙及框支框架均为特一级，加强区以上部分为一级。建筑场地类别为Ⅱ类。综合判断本结构属于《高规》JGJ3-2010规定的B级高度的钢筋混凝土框支剪力墙结构且具有扭转为一般不规则。

2.结构选型

2#楼为两个完全对称单元组合而成，图中仅示意一个单元。为满足建筑功能需求，转换层层高5700mm，转换上层层高2900mm，转换层等效刚度比X向1.05，Y向0.95，满足规范0.6的限值要求。转换构件混凝土强度C55。典型框支柱尺寸1000x1000，1000x1100。框支主梁尺寸1000x1800，1000x1500，框支次梁尺寸800x1500。本工程结构布置特点：1）楼梯间、电梯间及部分外墙落地，落地剪力墙间距满足规范要求。2）除上述落地墙体外，其余墙体采用框支梁支承，由于上部建筑平面复杂，局部出现主次梁二次转换。

3.超限采取的构造措施

（1）特一级框支柱若罕遇地震抗剪弹性（非设防烈度地震小偏拉构件）不设置型钢和芯柱（多遇地震提高轴压比除外）；

（2）特一级框支柱若罕遇地震抗弯屈服，设置芯柱且沿层高箍筋全高加密，配箍特征值不小于0.20，并配置芯柱；

（3）特一级框支柱设防烈度地震作用下若为小偏拉构件则柱中配置型钢，型钢配置率满足4%的要求并参与计算；

（4）罕遇地震出现塑性铰的框支梁满足强剪弱弯要求，若不符合截面限制条件则梁中配置窄翼缘工字钢；与配置型钢相连的柱若不需配置型钢则柱中配置构造型钢满足连接要求，不限制含钢率且不参与计算。

（5）罕遇地震作用下非底部加强部位进入抗剪屈服状态的墙体，构造边缘构件配筋不小于规范底部加强部位的要求，并上下延伸一层。

（6）转换层楼板200mm，双层双向配筋，单层单向配筋率不小于0.25%且满足性能化设计要求；

（7）落地剪力墙在地下二层以下的配筋量不小于地下一层；

4.结构整体计算分析

4.1弹性分析

弹性分析计算参数如下：地震烈度8度，Ⅱ类场地土，水平地震影响系数最大值多遇地震为0.16，罕遇地震为0.90。周期折减系数为0.95，连梁刚度折减0.6，中梁刚度放大系数2，结构阻尼比为5%。计算位移等参数采用楼板刚性假定，同时考虑偶然偏心影响，计算结果见表1。计算构件内力及配筋时，对转换层及其上下各一层楼板采用弹性楼板假定，以对拉弯受力为主的框支梁的轴力进行合理分析。

通过结果对比计算：1）T2/T1均小于0.90，满足高规有关规定；2）结构底部剪力合理，地震剪力系数满足抗规要求；3）位移角，位移比均满足规范要求。

4.2弹性时程分析

依据《抗规》GB50011-2010要求，本工程进行了弹性时程分析。场地卓越周期Tg=0.35s，选用TH3TG、TH1TG、RH4TG三组地震波。时程分析选用地震加速度时程曲线最大值为55cm/s2，结构阻尼比5%。

时程分析结果表明，每条波计算所得的结构底部剪力大于按振型分解反应谱法计算结果的65%；三条波计算所得的结构底部剪力大于按振型分解反应谱法计算结果的80%，满足规范要求。

4.3中震验算

采用SATWE验算转换构件在中震弹性及中震不屈服的配筋，中震最大地震影响系数按小震的2.8倍取值，为0.45；中震不屈服验算中，荷载分项系数取1.0，不考虑地震内力调整，即取消墙柱弱梁，强剪弱弯等调整系数，抗震调整系数取1，构件承载力计算材料强度取标准值。中震弹性验算不考虑地震组合内力调整系数，但应计入作用、抗力分项系数及承载力抗震调整系数。

中震计算结果表明：框支柱处于弹性状态，对部分出现小偏心受拉的框支柱配置型钢，型钢延伸至地下一层；其余框支柱设置芯柱，构造延伸至地下二层底。框支梁处于抗弯不屈服，抗剪弹性状态；框支主梁配筋抗剪按小震弹性和中震弹性取大值，框支主梁抗弯、框支次梁抗剪及抗弯配筋按小震弹性和中震不屈服取大值。结构满足中震作用下抗震性能要求。

4.4推覆分析

结构在大震作用下能力曲线能够穿越需求谱曲线，得到罕遇地震下能力曲线和需求谱曲线的交点对应结构最大层间位移角分别为1/150、1/152，均小于规范限值1/120，与SATWE及PMSAP弹性计算结果基本一致，结构无明显薄弱层。

根据结构抗震性能评估，在结构重力荷载代表值作用下，结构所有构件均处于弹性阶段；当达到小震性能控制点时，结构中未出现塑性铰，基本处于弹性阶段；当达到中震作用时，结构中部连梁出现一些塑性铰；在罕遇地震作用下，连梁塑性铰范围进一步加大，一些框架梁出现塑性铰，并出现底部加强区剪力墙肢受拉的情况，个别墙肢刚度退化明显，框支柱未屈服，仅个别框支梁抗弯屈服，结构能够承受8度罕遇地震的考验，实现“大震不倒”的设防要求。

结论

1）整体结构在小震、中震、大震作用下，由框支柱，框支梁及落地剪力墙组成的多道抗震防线能够保持有效的协同工作，根据验算，本工程达到预期性能目标，具体设计按照性能目标进行包络设计，可满足规范要求，能够达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的性能目標。

2）《高规》规定：B级高度部分框支剪力墙高层建筑结构转换层，不宜采用框支主、次梁转换方案。但是通过本工程实例的分析可以看出，在高烈度地区（抗震设防烈度为8度，多重梁式转换形式是可行的。

3）在地震设防区，对于框支转换结构中的框支柱和框支梁等重要构件，验算其在中震作用下不屈服或弹性，可以更好保证结构整体满足抗震设防性能目标。

参考文献

[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010..

[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]徐培福，傅学怡，王翠坤，等。复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005